项辉宇，周 洋，冷崇杰，魏景辉

(北京工商大学材料与机械工程学院，北京 100048)

1 引言

弹簧种类繁多，在生产生活中应用甚广，它利用动能与势能的转变实现控制机械运动、吸收或输出能量等功能。当在重载或安装空间有限的情况下，矩形截面弹簧就可以发挥它独特的优势，与截面为圆形的弹簧相比，相同的尺寸它可以传递更大的扭矩[1]。目前，矩形截面弹簧卷制成形通常采用重复试验的方法[2]，这种方式卷制的成功率较低，常常会伴随起皱或拉裂等缺陷，如图1所示，进而造成原材料的浪费，致使弹簧成本居高不下。

随着计算技术的发展，有限元仿真较试错法的优点显得尤为突出，既可以节省大量时间，又可以提高成形质量，降低废品率。国内外学者对矩形截面弹簧的学术研究为数不多，李家梅[3]等人对其设计特点进行了分析总结，改进了湿式盘形弹簧制动器中所用的矩形截面弹簧；Jing-Qiu Tang[4]等人设计了矩形截面和特殊截面两种螺旋弹簧，并分别建立了有限元模型，阐述了两种螺旋弹簧应力分布的不同，有利于后续力学分析和结构优化的研究；日本电气通讯大学[5]曾设计一款高矩形比弹簧，高加工硬化将实现高屈服应力，不仅实现了有限元仿真，还在理论分析的基础上进行了相关实验，并对弹簧的拉伸、扭转和弯曲特性进行了评价。

为了提高矩形截面弹簧卷制成形的质量，本文针对拉裂和起皱两种缺陷建立了质量评价准则，并采用MSC.Marc有限元软件对其成形过程进行仿真，分别在单因素试验和正交试验的基础上，分析成形过程中速度、温度和摩擦系数的影响。……